Sólin Sólin Rís 06:19 • sest 20:42 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:23 • Sest 07:12 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:26 • Síðdegis: 18:51 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:22 • Síðdegis: 12:43 í Reykjavík

Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér?

Sigurður Steinþórsson

Allt vatn sem við drekkum er „upphaflega“ regnvatn. Megnið af regnvatninu hefur gufað upp úr sjónum á suðlægari breiddargráðum, borist inn yfir landið með lægðum, þést og fallið til jarðar. Þaðan streymir það aftur til sjávar eftir ýmsum leiðum og hin eilífa hringrás lokast.

Hve gamalt vatnið er í kalda krananum heima hjá þér fer eftir því hvar þú átt heima en örugglega er það yngra en 8-10 ára, og sennilega miklu yngra. Sums staðar eru vatnsból yfirborðsvatn og þá gæti vatnið verið sólarhrings gamalt; annars staðar kemur vatnið úr borholum sem tengjast djúpum og langt að komnum grunnvatnsstraumi – þá getur það verið miklu eldra. Um þetta er vöngum velt í eftirfarandi.

Hugsum okkur að maður fari upp í Bláfjöll og safni regnvatni á flösku í einn sólarhring og setji tappa í. Eftir eitt ár gæti hann sagt að vatnið í flöskunni væri eins árs. Regnið sem féll sama sólarhring á vatnasvæði Gvendarbrunna, milli Rauðhóla og Bláfjalla, sígur niður í hraunið og sameinast þar grunnvatnsstraumi sem flæðir í átt til sjávar. Sá straumur er samsafn úrkomu sem fallið hefur á ýmsum tímum og mismunandi stöðum innan vatnasvæðisins og jafnvel ennþá lengra í burtu. Borholurnar við Gvendarbrunna fanga hluta af straumnum – en hversu gamalt er vatnið?

1. mynd. Vatnið í krananum er örugglega yngra en 8-10 ára og sennilega miklu yngra.

Páll Theodórsson mældi lekt hrauna nærri Straumsvík með því að dæla geislavirku sporefni (joð-131 -- 131I) niður í borholu og taka síðan sýni úr nokkrum borholum í um 75 m fjarlægð. Streymið reyndist vera um 20 m/dag eða 7,5 km/ár.[1] Fjarlægðin frá Kóngsfjalli til Gvendarbrunna er um 10 km, þannig að samkvæmt þessu gæti elsti hluti vatnsins (regn sem féll 10 km frá Gvendarbrunnum) verið hálfs annars árs gamalt.[2] Að auki sýna þrívetnismælingar (sjá neðar) að allt kalt vatn á Íslandi er yngra en 10 ára.

Svo vill til að ekki er allt vatn eins, þannig að hægt er að vissu marki að tímasetja það eða rekja uppruna þess. Slík einkenni eru meðal annars uppleyst efni í vatninu en þó miklu fremur samsætugerð vatnsins sjálfs. Vatn, H2O, er samsett úr vetni (H) og súrefni (O) og af hvoru frumefni eru í náttúrunni þrjár samsætur, súrefni með atómþunga 16, 17 og 18 og vetni með atómþunga 1, 2 og 3 (Tafla 1). Í þessu spjalli koma allar samsæturnar við sögu utan 17O.

Tafla 1. Samsætur súrefnis og vetnis

Súrefni-16 (O-16) 16O
99,756%
Súrefni-17 (O-17) 17O
0,039%
Súrefni-18 (O-18) 18O
0,205%
Vetni (einvetni, prótíum) 1H
99,985%
Tvívetni (deuterium) 2H eða D
0,015%
Þrívetni (tritíum) 3H eða T T1/2=12,26 ár

Þrívetni (3H) er geislavirkt, með helmingunartíma 12,26 ár. Samsætan myndast í háloftunum fyrir áhrif geimgeisla á atómkjarna efna í andrúmsloftinu. Það var bandaríski vísindamaðurinn Libby sem skömmu eftir seinna stríð uppgötvaði geislakol (C-14) og í framhaldi af því þrívetni. Geislavirkt kolefni (14C, geislakol) hefur verið notað síðan 1949 til aldursgreininga í jarðfræði og fornleifafræði. Á sama hátt mátti nota þrívetni til að aldursgreina vatn: Regnvatn með tiltekinn styrk þrívetnis-geislunar seytlar niður í jörðina og einangrast frá raka andrúmsloftsins; eftir rúm 12 ár hefur geislunin minnkað um helming, eftir 24 ár er hún fjórðungur hinnar upphaflegu geislunar og svo framvegis. Náttúrlegur styrkur þrívetnis-geislunar í regnvatni er einkum bundinn hnattstöðu, þannig að fræðilega séð mátti meta út frá deyfingu geislunar þess hve lengi vatnið hafði verið neðanjarðar. En ekki hafði Libby fyrr sýnt fram á þennan möguleika en aðferðin var eyðilögð þegar styrkur þrívetnis í andrúmsloftinu meira en hundraðfaldaðist árið 1952 en þá sprengdu Bandaríkjamenn sína fyrstu vetnissprengju. Næstu 10 árin létti ekki tilraunum stórvelda á þessu sviði. Hins vegar varð árið 1952 eins konar viðmiðunarpunktur í aldursgreiningu vatns: Vatnið er annað hvort eldra eða yngra en 1952. Í öllum sýnum af köldu vatni sem tekin voru 1960-‘62 var há geislun, allt að 3000 þrívetniseiningar (Þ.E.), en í sýnum af jarðhitavatni sem tekin voru úr ýmsum borholum 1967 og ’68 var geislunin „ómenguð,“ 2-3 Þ.E. Samkvæmt því var jarðhitavatnið eldra en 16 ára en kalda vatnið yngra en 8-10 ára.[3]

Tvívetnishlutfallið breytist með öðrum hætti. Í meðal-sjóvatni (SMOW) er hlutfallið milli O-18 og O-16: 18O/16O = 1/500 og milli tvívetnis og einvetnis, D/H = 1/6410. Þetta þykja óþægilegar tölur að fást við þannig að skilgreint er frávik frá SMOW-staðli, δ18O‰ framborið delta O-18 og δ2H ‰ eða δD‰ framborið delta D, tvívetnisfrávik, en ‰ merkir að frávikið frá staðlinum sé í þúsundustu pörtum, prómille:

δ18O ‰ = {Rsýni/RSMOW – 1)*1000

þar sem Rsýni merkir hlutfallið 18O/16O í sýni og RSMOW sama hlutfall í sjó. Fyrir vetnishlutföllin gildir sama formúla, þar sem Rsýni er 2H/1H í sýni.

δD ‰ = δ2H ‰ = {Rsýni/RSMOW – 1)*1000

Myndin hér að neðan (2. mynd) sýnir áhrif uppgufunar og úrkomu á þessi hlutföll. Í sjónum er frávikið δ = 0, loftrakinn (gufan) fyrir ofan er „léttari“ (negatíft frávik), því léttari samsæturnar gufa hraðar upp en hinar þyngri og loftrakinn léttist enn eftir því sem meira rignir úr honum yfir landinu.

2. mynd. Áhrif uppgufunar og úrkomu á samsætuhlutföll súrefnis og vetnis.

„Létting“ úrkomunnar sést vel á 3. mynd þar sem tvívetnisfrávikið (δ2H) er um –50‰ við ströndina en –94‰ við vesturbrún Hofsjökuls. Á landinu öllu mældust lægstu gildi í úrkomu –106‰ á Bárðarbungu og í Kverkfjöllum. Þessar niðurstöður eru úr rómaðri rannsókn Braga Árnasonar sem hófst fyrir um 50 árum. Bragi mældi tvívetnisfrávikið (δ2H) í úrkomu, lindum og jarðhitavatni um land allt með það fyrir augum að rekja upprunastaði hinna ýmsu grunnvatnskerfa í landinu. Niðurstöðurnar birti hann í bók árið 1976.[4]

3. mynd. Tvívetni í úrkomu og grunnvatni á SV-landi. Jafngildislínurnar sýna tvívetni úrkomunnar, þríhyrningar sýnatökustaði og tvívetnisgildi í köldum lindum og ám og punktar hið sama fyrir jarðhitavatn.

Í bókinni er kafli um aldur grunnvatns á Íslandi. Þar segir frá því að á tveimur stöðum á NA-landi, á Húsavík og á Hafralæk 18 km þar fyrir sunnan, mældist jarðhitavatn miklu léttara en annars staðar á landinu, δD = —130‰ og —142‰. Gaddjöklar geyma úrkomu liðinna árþúsunda ómengaða, þar á meðal samsætuhlutföll súrefnis og vetnis og styrk gróðurhúsalofttegunda. Í borkjörnum frá Grænlandsjökli kemur fram að δD úrkomu á ísöld (eldri en 10.000 ára) var 50‰ til 100‰ „léttari “ en nú. Samkvæmt því er jarðhitavatnið á Húsavík og Hafralæk eina vatnið á Íslandi sem fallið hefur sem úrkoma fyrir 10.000 árum eða fyrr.

Eðli máls samkvæmt duga tvívetnismælingar til þess að rekja upprunastað vatns en ekki til beinna aldursgreininga. Sé upprunasvæðið hins vegar þekkt (út frá tvívetnismælingum) og vatnsleiðni bergsins skynsamlega metin má slá á aldur vatns í lindum eða borholum. Dæmi um slíkt eru í bók Braga fyrir þrjú jarðhitasvæði á höfuðborgarsvæðinu: Elliðaár: 600 ár; Laugarnes: 1000 ár; Mosfellssveit: 50 ár.

Í stuttu máli: Drykkjarvatn á Íslandi er yngra en 8-10 ára en aldur jarðhitavatns kannski 25 til 10.000 ára.

Tilvísanir:
  1. ^ Páll Theodórsson 1969. The tracing of groundwater movement at Straumsvík. Research Report of the Science Institute of the U. of Iceland.
  2. ^ Í grein um grunnvatn í bókinni Vatns er þörf eftir Sigurjón Rist (Menningarsjóður 1990) segir Freysteinn Sigurðsson raunar að í vel eða sæmilega lekum jarðlögum muni rennslishraði grunnvatns vera frá 0,1 til 10 metrar á dag.
  3. ^ Páll Theódórsson 1968. Þrívetni í jöklum og grunnvatni á Íslandi. Jökull 18: 350-358.
  4. ^ Bragi Árnason 1976: Groundwater systems in Iceland traced by deuterium. Vísindafélag Íslendinga, Reykjavík 1976.

Myndir:

Höfundur

Sigurður Steinþórsson

prófessor emeritus

Útgáfudagur

28.4.2014

Spyrjandi

Ísak Atli Finnbogason

Tilvísun

Sigurður Steinþórsson. „Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér?“ Vísindavefurinn, 28. apríl 2014. Sótt 8. apríl 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=64466.

Sigurður Steinþórsson. (2014, 28. apríl). Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=64466

Sigurður Steinþórsson. „Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér?“ Vísindavefurinn. 28. apr. 2014. Vefsíða. 8. apr. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=64466>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér?
Allt vatn sem við drekkum er „upphaflega“ regnvatn. Megnið af regnvatninu hefur gufað upp úr sjónum á suðlægari breiddargráðum, borist inn yfir landið með lægðum, þést og fallið til jarðar. Þaðan streymir það aftur til sjávar eftir ýmsum leiðum og hin eilífa hringrás lokast.

Hve gamalt vatnið er í kalda krananum heima hjá þér fer eftir því hvar þú átt heima en örugglega er það yngra en 8-10 ára, og sennilega miklu yngra. Sums staðar eru vatnsból yfirborðsvatn og þá gæti vatnið verið sólarhrings gamalt; annars staðar kemur vatnið úr borholum sem tengjast djúpum og langt að komnum grunnvatnsstraumi – þá getur það verið miklu eldra. Um þetta er vöngum velt í eftirfarandi.

Hugsum okkur að maður fari upp í Bláfjöll og safni regnvatni á flösku í einn sólarhring og setji tappa í. Eftir eitt ár gæti hann sagt að vatnið í flöskunni væri eins árs. Regnið sem féll sama sólarhring á vatnasvæði Gvendarbrunna, milli Rauðhóla og Bláfjalla, sígur niður í hraunið og sameinast þar grunnvatnsstraumi sem flæðir í átt til sjávar. Sá straumur er samsafn úrkomu sem fallið hefur á ýmsum tímum og mismunandi stöðum innan vatnasvæðisins og jafnvel ennþá lengra í burtu. Borholurnar við Gvendarbrunna fanga hluta af straumnum – en hversu gamalt er vatnið?

1. mynd. Vatnið í krananum er örugglega yngra en 8-10 ára og sennilega miklu yngra.

Páll Theodórsson mældi lekt hrauna nærri Straumsvík með því að dæla geislavirku sporefni (joð-131 -- 131I) niður í borholu og taka síðan sýni úr nokkrum borholum í um 75 m fjarlægð. Streymið reyndist vera um 20 m/dag eða 7,5 km/ár.[1] Fjarlægðin frá Kóngsfjalli til Gvendarbrunna er um 10 km, þannig að samkvæmt þessu gæti elsti hluti vatnsins (regn sem féll 10 km frá Gvendarbrunnum) verið hálfs annars árs gamalt.[2] Að auki sýna þrívetnismælingar (sjá neðar) að allt kalt vatn á Íslandi er yngra en 10 ára.

Svo vill til að ekki er allt vatn eins, þannig að hægt er að vissu marki að tímasetja það eða rekja uppruna þess. Slík einkenni eru meðal annars uppleyst efni í vatninu en þó miklu fremur samsætugerð vatnsins sjálfs. Vatn, H2O, er samsett úr vetni (H) og súrefni (O) og af hvoru frumefni eru í náttúrunni þrjár samsætur, súrefni með atómþunga 16, 17 og 18 og vetni með atómþunga 1, 2 og 3 (Tafla 1). Í þessu spjalli koma allar samsæturnar við sögu utan 17O.

Tafla 1. Samsætur súrefnis og vetnis

Súrefni-16 (O-16) 16O
99,756%
Súrefni-17 (O-17) 17O
0,039%
Súrefni-18 (O-18) 18O
0,205%
Vetni (einvetni, prótíum) 1H
99,985%
Tvívetni (deuterium) 2H eða D
0,015%
Þrívetni (tritíum) 3H eða T T1/2=12,26 ár

Þrívetni (3H) er geislavirkt, með helmingunartíma 12,26 ár. Samsætan myndast í háloftunum fyrir áhrif geimgeisla á atómkjarna efna í andrúmsloftinu. Það var bandaríski vísindamaðurinn Libby sem skömmu eftir seinna stríð uppgötvaði geislakol (C-14) og í framhaldi af því þrívetni. Geislavirkt kolefni (14C, geislakol) hefur verið notað síðan 1949 til aldursgreininga í jarðfræði og fornleifafræði. Á sama hátt mátti nota þrívetni til að aldursgreina vatn: Regnvatn með tiltekinn styrk þrívetnis-geislunar seytlar niður í jörðina og einangrast frá raka andrúmsloftsins; eftir rúm 12 ár hefur geislunin minnkað um helming, eftir 24 ár er hún fjórðungur hinnar upphaflegu geislunar og svo framvegis. Náttúrlegur styrkur þrívetnis-geislunar í regnvatni er einkum bundinn hnattstöðu, þannig að fræðilega séð mátti meta út frá deyfingu geislunar þess hve lengi vatnið hafði verið neðanjarðar. En ekki hafði Libby fyrr sýnt fram á þennan möguleika en aðferðin var eyðilögð þegar styrkur þrívetnis í andrúmsloftinu meira en hundraðfaldaðist árið 1952 en þá sprengdu Bandaríkjamenn sína fyrstu vetnissprengju. Næstu 10 árin létti ekki tilraunum stórvelda á þessu sviði. Hins vegar varð árið 1952 eins konar viðmiðunarpunktur í aldursgreiningu vatns: Vatnið er annað hvort eldra eða yngra en 1952. Í öllum sýnum af köldu vatni sem tekin voru 1960-‘62 var há geislun, allt að 3000 þrívetniseiningar (Þ.E.), en í sýnum af jarðhitavatni sem tekin voru úr ýmsum borholum 1967 og ’68 var geislunin „ómenguð,“ 2-3 Þ.E. Samkvæmt því var jarðhitavatnið eldra en 16 ára en kalda vatnið yngra en 8-10 ára.[3]

Tvívetnishlutfallið breytist með öðrum hætti. Í meðal-sjóvatni (SMOW) er hlutfallið milli O-18 og O-16: 18O/16O = 1/500 og milli tvívetnis og einvetnis, D/H = 1/6410. Þetta þykja óþægilegar tölur að fást við þannig að skilgreint er frávik frá SMOW-staðli, δ18O‰ framborið delta O-18 og δ2H ‰ eða δD‰ framborið delta D, tvívetnisfrávik, en ‰ merkir að frávikið frá staðlinum sé í þúsundustu pörtum, prómille:

δ18O ‰ = {Rsýni/RSMOW – 1)*1000

þar sem Rsýni merkir hlutfallið 18O/16O í sýni og RSMOW sama hlutfall í sjó. Fyrir vetnishlutföllin gildir sama formúla, þar sem Rsýni er 2H/1H í sýni.

δD ‰ = δ2H ‰ = {Rsýni/RSMOW – 1)*1000

Myndin hér að neðan (2. mynd) sýnir áhrif uppgufunar og úrkomu á þessi hlutföll. Í sjónum er frávikið δ = 0, loftrakinn (gufan) fyrir ofan er „léttari“ (negatíft frávik), því léttari samsæturnar gufa hraðar upp en hinar þyngri og loftrakinn léttist enn eftir því sem meira rignir úr honum yfir landinu.

2. mynd. Áhrif uppgufunar og úrkomu á samsætuhlutföll súrefnis og vetnis.

„Létting“ úrkomunnar sést vel á 3. mynd þar sem tvívetnisfrávikið (δ2H) er um –50‰ við ströndina en –94‰ við vesturbrún Hofsjökuls. Á landinu öllu mældust lægstu gildi í úrkomu –106‰ á Bárðarbungu og í Kverkfjöllum. Þessar niðurstöður eru úr rómaðri rannsókn Braga Árnasonar sem hófst fyrir um 50 árum. Bragi mældi tvívetnisfrávikið (δ2H) í úrkomu, lindum og jarðhitavatni um land allt með það fyrir augum að rekja upprunastaði hinna ýmsu grunnvatnskerfa í landinu. Niðurstöðurnar birti hann í bók árið 1976.[4]

3. mynd. Tvívetni í úrkomu og grunnvatni á SV-landi. Jafngildislínurnar sýna tvívetni úrkomunnar, þríhyrningar sýnatökustaði og tvívetnisgildi í köldum lindum og ám og punktar hið sama fyrir jarðhitavatn.

Í bókinni er kafli um aldur grunnvatns á Íslandi. Þar segir frá því að á tveimur stöðum á NA-landi, á Húsavík og á Hafralæk 18 km þar fyrir sunnan, mældist jarðhitavatn miklu léttara en annars staðar á landinu, δD = —130‰ og —142‰. Gaddjöklar geyma úrkomu liðinna árþúsunda ómengaða, þar á meðal samsætuhlutföll súrefnis og vetnis og styrk gróðurhúsalofttegunda. Í borkjörnum frá Grænlandsjökli kemur fram að δD úrkomu á ísöld (eldri en 10.000 ára) var 50‰ til 100‰ „léttari “ en nú. Samkvæmt því er jarðhitavatnið á Húsavík og Hafralæk eina vatnið á Íslandi sem fallið hefur sem úrkoma fyrir 10.000 árum eða fyrr.

Eðli máls samkvæmt duga tvívetnismælingar til þess að rekja upprunastað vatns en ekki til beinna aldursgreininga. Sé upprunasvæðið hins vegar þekkt (út frá tvívetnismælingum) og vatnsleiðni bergsins skynsamlega metin má slá á aldur vatns í lindum eða borholum. Dæmi um slíkt eru í bók Braga fyrir þrjú jarðhitasvæði á höfuðborgarsvæðinu: Elliðaár: 600 ár; Laugarnes: 1000 ár; Mosfellssveit: 50 ár.

Í stuttu máli: Drykkjarvatn á Íslandi er yngra en 8-10 ára en aldur jarðhitavatns kannski 25 til 10.000 ára.

Tilvísanir:
  1. ^ Páll Theodórsson 1969. The tracing of groundwater movement at Straumsvík. Research Report of the Science Institute of the U. of Iceland.
  2. ^ Í grein um grunnvatn í bókinni Vatns er þörf eftir Sigurjón Rist (Menningarsjóður 1990) segir Freysteinn Sigurðsson raunar að í vel eða sæmilega lekum jarðlögum muni rennslishraði grunnvatns vera frá 0,1 til 10 metrar á dag.
  3. ^ Páll Theódórsson 1968. Þrívetni í jöklum og grunnvatni á Íslandi. Jökull 18: 350-358.
  4. ^ Bragi Árnason 1976: Groundwater systems in Iceland traced by deuterium. Vísindafélag Íslendinga, Reykjavík 1976.

Myndir: